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TCP&UDP报文格式

TCP/UDP报文格式TCP 协议为终端设备提供了面向连接的、可靠的网络服务,UDP 协议为终端设备提供了无连接的、不可靠的数据报服务。

从上图我们可以看出,TCP 协议为了保证数据传输的可靠性,相对于UDP 报文,TCP 报文头部有更多的字段选项。

首先让我们来看一下TCP 的报文头部主要字段:每个TCP 报文头部都包含源端口号(source port)和目的端口号(destination port),用于标识和区分源端设备和目的端设备的应用进程。

在TCP/IP 协议栈中,源端口号和目的端口号分别与源IP 地址和目的IP 地址组成套接字(socket),唯一的确定一条TCP 连接。

序列号(Sequence number)字段用来标识TCP 源端设备向目的端设备发送的字节流,它表示在这个报文段中的第一个数据字节。

如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动,则TCP 用序列号对每个字节进行计数。

序列号是一个32bits 的数。

既然每个传输的字节都被计数,确认序号(Acknowledgement number,32bits)包含发送确认的一端所期望接收到的下一个序号。

因此,确认序号应该是上次已成功收到的数据字节序列号加1。

TCP 的流量控制由连接的每一端通过声明的窗口大小(windows size)来提供。

窗口大小用数据包来表示,例如Windows size=3, 表示一次可以发送三个数据包。

窗口大小起始于确认字段指明的值,是一个16bits 字段。

窗口大小可以调节。

校验和(checksum)字段用于校验TCP 报头部分和数据部分的正确性。

最常见的可选字段是MSS(Maximum Segment Size,最大报文大小)。

MSS指明本端所能够接收的最大长度的报文段。

当一个TCP 连接建立时,连接的双方都要通告各自的MSS 协商可以传输的最大报文长度。

我们常见的MSS有1024(以太网可达1460 字节)字节。

相对于TCP 报文,UDP 报文只有少量的字段:源端口号、目的端口号、长度、校验和等,各个字段功能和TCP 报文相应字段一样。

UDP 报文没有可靠性保证和顺序保证字段,流量控制字段等,可靠性较差。

当然,使用传输层UDP 服务的应用程序也有优势。

正因为UDP 协议较少的控制选项,在数据传输过程中,延迟较小,数据传输效率较高,适合于对可靠性要求并不高的应用程序,或者可以保障可靠性的应用程序像DNS、TFTP、SNMP 等;UDP 协议也可以用于传输链路可靠的网络。

UDP报文UDP报头定长为8B。

按顺序为:1,UInt16 源端口号关于端口号有一些规定,服务器端通常用熟知端口号,通常在0-1023之间。

而客户端用随机的端口号,其范围在49152到65535之间。

2,UInt16 目的端口号3,UInt16 总长度包括报头和数据的长度之和。

显然在[8,65535]区间。

4,UInt16检验和如果不需要检验和,就取0。

如果需要检验和,那么其算法为:(1)构造12B的伪报头UInt32 源IP+UInt32 目的IP+Byte 0+Byte 17+UInt16 总长度(上面所说的)(2)UDP的报头(3)UDP的数据部分u nsafe UInt16计算校验和(UInt16* buffer, int size){Int32 cksum = 0;int counter;counter = 0;while (size > 0){UInt16 val = buffer[counter];cksum += Convert.ToInt32(buffer[counter]);counter += 1;size -= 1;}cksum = (cksum >> 16) + (cksum & 0xffff);cksum += (cksum >> 16);return (UInt16)(~cksum);}构造UDP报文(含有检验和)需要的输入参数包括:UInt32 源IP、UInt32 目的IP、UInt16 源端口号、UInt16 目的端口号、Byte[] 数据部分、Uint16 数据部分的长度public Byte[] 构造UDP数据报(UInt32 源IP, UInt32 目的IP, UInt16 源端口号, UInt16 目的端口号, Byte[] 数据部分, UInt16 数据部分的长度){UInt16 总长度= (UInt16)(8 + 数据部分的长度);UInt16 校验和= 0;//网络字节顺序源IP=(uint)IPAddress.HostToNetworkOrder((int)源IP);目的IP = (uint)IPAddress.HostToNetworkOrder((int)目的IP);源端口号= (ushort)IPAddress.HostToNetworkOrder((Int16)源端口号);目的端口号= (ushort)IPAddress.HostToNetworkOrder((Int16)目的端口号);总长度= (ushort)IPAddress.HostToNetworkOrder((Int16)总长度);//Byte[] udpbytes = new Byte[8 + 数据部分的长度];BitConverter.GetBytes(源端口号).CopyTo(udpbytes, 0);//填入源端口号BitConverter.GetBytes(目的端口号).CopyTo(udpbytes, 2);//填入目的端口号BitConverter.GetBytes(总长度).CopyTo(udpbytes, 4);//填入总长度BitConverter.GetBytes(校验和).CopyTo(udpbytes, 6);//校验和数据部分.CopyTo(udpbytes, 8);//下面是计算校验和.数据部分如果不是偶数字节则补一个字节.byte[] 伪报文= new byte[20 + (数据部分的长度+1) / 2*2];//确保偶数字节BitConverter.GetBytes(源IP).CopyTo(伪报文, 0);//填入源端口号BitConverter.GetBytes(目的IP).CopyTo(伪报文, 4);//填入目的端口号伪报文[8] =0;//填充0.网络字节顺序伪报文[9] = 17;//和UDP协议号BitConverter.GetBytes(总长度).CopyTo(伪报文, 10);//填入总长度udpbytes.CopyTo(伪报文, 12);//string ss = 网络字节串(伪报文);unsafe{fixed (byte * pt = 伪报文){ushort* pu = (ushort*)pt;校验和= 计算校验和(pu, 伪报文.Length/2);}}//不知道为什么不对校验和进行网络字节顺序的调整BitConverter.GetBytes(校验和).CopyTo(udpbytes, 6);//校验和return udpbytes;}TCP UDP报文解析1 UDP报文:UDP报文比较简单,由四个字段组成,每个字段2个字节:(1) 源端口source port(2) 目的端口destination port(3) 长度:UDP用户数据报的长度(4) 检验和checksumscapy中定义的UDP类(参数一一对应)>>> ls(UDP)sport : ShortEnumField = (53)dport : ShortEnumField = (53)len : ShortField = (None)chksum : XShortField = (None)>>>我们用这个发一个完整的UDP数据包。

定义:>>> eth=Ether()>>> ip=IP(dst='10.104.4.13')>>> udp=UDP(sport=4321,dport=4321)>>> udpPacket=eth/ip/udp/'This is an UDP datagram'>>> sendp(udpPacket).Sent 1 packets.>>> udpPacket.show()###[ Ethernet ]###dst= 00:11:85:ae:03:3bsrc= 00:22:15:27:69:16type= 0x800###[ IP ]###version= 4ihl= Nonetos= 0x0len= Noneid= 1flags=frag= 0ttl= 64proto= udpchksum= 0x0src= 10.104.4.23dst= 10.104.4.13options= ''###[ UDP ]###sport= 4321dport= 4321len= Nonechksum= 0x0###[ Raw ]###load= 'This is an UDP datagram'>>>成功发送,而且我们发现一些参数是默认填充和计算的。

>>> len(udpPacket)65>>>UDP中的UDP用户数据报长度是31,正好是总长度65-20(IP头)-14(ethernet头)=31这个checksum长度就是UDP头(8字节固定)+后面的Data长度2 TCP报文:TCP首部比较复杂,分为两大部分,前20个字节是大小固定的,后面的选项部分大小不固定。

首部固定部分各段意义:(1) 源端口source port 2个字节(2) 目的端口destination port 2个字节(3) 序号:sequence number,TCP传送的是面向连接的连续的数据流,所传送的数据每一个字节都编上一个序号,首部的这个序号指的是本报文段所发送的数据的第一个字节的序号,占4个字节(4) 确认号:Ack number,是期望受到对方的下一个报文段的数据的第一个字节的序号,也就是期望收到的下一个报文段首部的序号字段的值,占4个字节(5)数据偏移:占4位,(单位是4字节),类似于IP包头的首部长度,他是指TCP报文段首部的长度,由于存在长度不确定的选项字段,所以此值最小为20字节,最大为60字节(6)保留:6bit,目前没用,设为0(7)这里的6位是说明本报文段性质的,下面再详细说(8)窗口:window,占2个字节,用来控制对方发送的数量(9)检验和:checksum,2个字节,检验范围为首部加数据两部分下面看看那6位的控制部分各位的含义:SYN:该标志位用来建立连接,让连接双方同步序列号.FIN:表示发送端已经没有数据要求传输了,希望释放连接.RST:用来复位一个连接.RST标志置位的数据包称为复位包.一般情况下,如果TCP收到的一个分段明显不是属于该主机上的任何一个连接,则向远程发送一个复位包.URG:为紧急数据标志.如果他为1,表示本数据包中包含紧急数据.此时紧急数据指针有效.ACK:为确认标志位.如果为1,表示包中的确认号时有效的.否则,包中的确认号无效.PSH:如果置位,接收端应尽快把数据传诵给应用层.看个实际抓的一个包:前面2位是保留,第三位是URG,第四位是ACK,第五位是PSH,第六位是RST,第七位是SYN,第八位是FIN。

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